Detektor pentanu (C₅H₁₂)

Detektor pentanu to specjalistyczne urządzenie przeznaczone do monitorowania obecności tego gazu w miejscach, gdzie pentan jest wykorzystywany, magazynowany lub produkowany. Czujniki pentanu instaluje się również w lokalizacjach, w których może wystąpić emisja pentanu zarówno z procesu technologicznego, jak i z półproduktów czy gotowych wyrobów.

Celem działania detektora pentanu jest szybkie wykrycie obecności gazu pomiar jego stężenia, a także aktywacja systemów zabezpieczających. Może to obejmować m.in. uruchomienie wentylacji, odcięcie dopływu medium za pomocą zaworów elektromagnetycznych lub automatyczne zatrzymanie procesu technologicznego w celu ograniczenia ryzyka wybuchu lub zatrucia.

Charakterystyka pentanu

n-Pentan (C₅H₁₂, nr CAS: 109-66-0) to łatwopalna i lotna ciecz o charakterystycznym zapachu przypominającym benzynę. Jest pochodną ropy naftowej, wykorzystywaną m.in. jako rozpuszczalnik oraz środek spieniający. Pentan słabo rozpuszcza się w wodzie.

Pod względem parametrów bezpieczeństwa n-pentan charakteryzuje się:
- Dolną granicą wybuchowości (DGW) 1,1% v/v,
- Górną granicą wybuchowości (GGW) 8,7% v/v,
- Temperaturą zapłonu (FP) -40°C (wg PN-EN ISO/IEC 80079-20-1),
- Klasa temperaturowa T3, grupa wybuchowości – IIA (zgodnie z ATEX),
- Pentan wykazuje działanie toksyczne. Wartość NDS (najwyższe dopuszczalne stężenie) wynosi 3000 mg/m³, co odpowiada równowartości około 1000 ppm.

W chłodnictwie pentan funkcjonuje jako czynnik roboczy oznaczony symbolem R-601, przypisany do klasy A3 (łatwopalne) z limitem praktycznym 0,008 kg/m³ (zgodnie z PN-EN 378-1+A1:2021-03).

Opary pentanu są cięższe od powietrza (współczynnik ciężaru 2,49:1), co powoduje ich gromadzenie się w niższych partiach pomieszczeń.

Izomery pentanu to:
- Izopentan (nr CAS: 78-78-4) – znany też jako 2-metylobutan,
- Neopentan (nr CAS: 463-82-1) – znany też jako 2,2-dimetylopropan.

Detektory pentanu i cyklopentanu – regulacje prawne

Czujniki pentanu i cyklopentanu wykorzystywane jako elementy systemów zabezpieczeń podlegają regulacjom z zakresu ochrony przeciwpożarowej. Wymaga to opracowania odpowiedniego projektu przez osobę posiadającą stosowne uprawnienia oraz jego uzgodnienia z rzeczoznawcą ds. zabezpieczeń przeciwpożarowych. Równocześnie obowiązujące przepisy BHP nakładają konieczność instalacji systemów sygnalizujących zagrożenia w miejscach, gdzie stosowane lub przechowywane są substancje sklasyfikowane jako niebezpieczne. Dodatkowo, w niektórych sektorach mogą obowiązywać odrębne, branżowe regulacje precyzujące sposób montażu i użytkowania detektorów pentanu, które również należy uwzględnić przy projektowaniu instalacji.

Budowa czujników pentanu

Zarówno detektory pentanu, jak i cyklopentanu posiadają podobną konstrukcję techniczną. Składają się z modułu pomiarowego odpowiedzialnego za detekcję gazu oraz części elektronicznej odpowiadającej za zasilanie, wzmocnienie i konwersję sygnału do postaci możliwej do odczytu przez system nadrzędny. W rozbudowanych systemach czujniki pentanu współpracują z jednostką centralną, natomiast w mniejszych aplikacjach mogą działać jako autonomiczne urządzenia wyposażone w wyświetlacz i wyjścia do sterowania innymi elementami systemu.

Detektory pentanu oferują szerokie możliwości konfiguracji, m.in. różnorodne obudowy, opcjonalne elementy sygnalizacji dźwiękowo-optycznej, dodatkowe dławnice czy osłony zwiększające szczelność do IP66. Ułatwienia w zakresie montażu i serwisu obejmują np. modułowe sensory, wymienne płytki czy gotowe otwory pod dławnice kablowe.

W przypadku montażu w strefach zagrożonych wybuchem, konstrukcja urządzeń musi spełniać wymagania dyrektywy ATEX, co potwierdzają odpowiednie certyfikaty i dokumentacja.

Technologie pomiarowe stosowane w detektorach pentanu

Na rynku dostępne są cztery główne technologie pomiarowe wykorzystywane w detektorach pentanu. Wybór odpowiedniej technologii zależy przede wszystkim od konkretnego zastosowania, ponieważ każda z nich oferuje odmienną charakterystykę działania i może być stosowana w odmiennych aplikacjach.

Najczęściej spotykanym rozwiązaniem są sensory katalityczne, w których pomiar odbywa się na podstawie utleniania gazu na elemencie reaktywnym i porównania go z odniesieniem. Ta metoda pozwala skupić się wyłącznie na gazach palnych oraz ograniczyć wpływ zewnętrznych warunków środowiskowych, takich jak wilgotność czy zmiany temperatury.

Drugim typem są sensory półprzewodnikowe, które bazują na zmianach przewodnictwa elektrycznego materiału półprzewodnikowego w obecności gazu. Choć są to czujniki stosunkowo tanie, ich niska selektywność i podatność na zmienne warunki (np. przewietrzanie pomieszczenia powodujące skokową zmianę wilgotności) ograniczają ich zastosowanie szczególnie w miejscach wymagających precyzyjnych wskazań. Ze względu na nieliniową charakterystykę pomiaru, używane są najczęściej do wykrywania przekroczenia określonego progu stężenia.

Coraz częściej wykorzystywane są również czujniki działające w technologii IR (podczerwieni). W tym przypadku wykrywany jest gaz poprzez analizę pochłaniania promieniowania IR przez jego cząsteczki. Technologia ta nie wymaga obecności tlenu, cechuje się odpornością na gazy zatruwające oraz pozwala na użytkowanie nawet w środowiskach, gdzie istnieje ryzyko przekroczenia zakresu pomiarowego. Jest szczególnie ceniona w przenośnych detektorach pentanu.

Wszystkie wyżej wymienione technologie mają jedną wspólną cechę dokładnie mierzą tylko te gazy, na które zostały skalibrowane. Oznacza to, że chociaż detektor pentanu może reagować na inne gazy palne, jedynie dla pentanu pomiar będzie dokładny.

Najnowocześniejszym rozwiązaniem na rynku jest technologia MPS (Molecular Property Spectrometer), wykorzystująca mikrosystemy elektromechaniczne MEMS do analizy właściwości termicznych gazów. Czujniki MPS charakteryzują się wysoką odpornością na przekroczenia zakresu i zatrucia, a także zapewniają liniowy i stabilny pomiar. Co istotne, technologia TrueLEL™ pozwala na precyzyjne określenie poziomu różnych gazów palnych bez konieczności wcześniejszej kalibracji dla konkretnej substancji.

Detektory pentanu wyposażone w czujniki MPS są doskonałym wyborem dla służb ratunkowych, branży petrochemicznej czy przemysłu chemicznego wszędzie tam, gdzie nie można mieć pewności, jaki dokładnie gaz występuje w otoczeniu.

Więcej informacji o sensorze w technologii MPS

Zakres pomiarowy i alarmowanie czujników pentanu

W kontekście zabezpieczeń przeciwwybuchowych stosuje się detektory pentanu lub cyklopentanu pracujące w zakresie pomiarowym 0–100% DGW (Dolnej Granicy Wybuchowości).

Aby zapewnić skuteczne działanie systemu, progi alarmowe ustawia się zazwyczaj na poziomach niższych niż wartość graniczna, co pozwala na wcześniejszą reakcję urządzeń zabezpieczających takich jak wentylacja mechaniczna, zawory odcinające czy procedury awaryjne.

W przypadku instalacji stacjonarnych, odpowiedzialność za właściwy dobór zakresów i ustawień detekcji ponosi uprawniony projektant. Niemniej jednak, poniższa tabela zawiera przykładowe wartości alarmowe najczęściej stosowane w praktyce dla czujników pentanu:

Poziom gazu	Pomiar gazu	Reakcja urządzeń wykonawczych
0% DGW	Brak alarmu	Brak reakcji
10% DGW	Alarm poziomu 1	Załączenie I biegu wentylacji
20% DGW	Alarm poziomu 2	- Załączenie II biegu wentylacji - Załączenie optycznego sygnału alarmowego - Powiadomienie operatora
30% DGW	Alarm poziomu 3	- Alarm akustyczny - Powiadomienie SMS
40% DGW	Alarm poziomu 4	- Zabezpieczenie procesu - (opcjonalnie) zamknięcie procesu -(opcjonalnie) odłączenie zasilania

Lokalizowanie czujników pentanu i cyklopentanu

Opary pentanu, będące prawie 2,5 razy cięższe od powietrza, mają tendencję do gromadzenia się w pobliżu podłoża oraz w zagłębieniach terenu. W związku z tym czujniki pentanu instaluje się zazwyczaj na wysokości 20–30 cm od podłogi, przy czym należy zachować przestrzeń umożliwiającą ich serwisowanie.

Projektant odpowiedzialny za rozmieszczenie detektorów pentanu powinien uwzględnić szereg czynników mających wpływ na wiarygodność pomiarów, takich jak:
- lokalizacja potencjalnych źródeł emisji,
- układ i intensywność przepływu powietrza,
- obecność przeszkód (np. palet, urządzeń, produktów blokujących dostęp gazu),
- możliwość zapylenia oraz zanieczyszczenia w trakcie eksploatacji (np. podczas czyszczenia hali).

W takich warunkach zalecane jest stosowanie dodatkowych osłon o podwyższonej szczelności, np. IP66, które ograniczają przedostawanie się zanieczyszczeń do wnętrza sensora. Jednocześnie należy pamiętać, że czujniki pentanu i cyklopentanu nie powinny być narażone na warunki przekraczające dopuszczalne wartości określone w instrukcji obsługi lub karcie katalogowej urządzenia. Takie działanie może prowadzić do zakłóceń w pomiarach, a nawet trwałego uszkodzenia urządzenia.

Typowe zastosowania detektorów pentanu

Czujniki pentanu pełnią funkcję wyposażenia ochronnego w wielu branżach przemysłowych.

Znajdują zastosowanie m.in. w:
- przemyśle petrochemicznym i chemicznym,
- branży motoryzacyjnej,
- produkcji styropianu oraz innych tworzyw spienionych,
- przemyśle kosmetycznym (np. jako element kontroli nad gazem pędnym w aerozolach),
- przemyśle farmaceutycznym,
- instalacjach chłodniczych,
- laboratoriach przemysłowych i badawczych.

Dowiedz się więcej o branżach, w których wykorzystywany jest detektor pentanu: